Ядерные реакции презентация

Ядерные реакции

Ядерные реакции –
искусственные преобразования атомных ядер при взаимодействии их
с элементарными частицами
или друг с другом
Условия:
1) Частицы вплотную приближаются к ядру
и попадают в сферу действия ядерных сил;
2) Частицы должны обладать большой
кинетической энергией (…с помощью ускорителей
элементарных частиц и ионов)

Первые ядерные реакции
Э.Резерфорд, 1932 г.
Li+
H
→
He+
He
7
3
1
1
4
4
2
2
Ядерная реакция
на быстрых протонах

Энергетический выход ядерных реакций Е= Δm·c² - разность энергий покоя ядер и частиц
до реакции и после реакции
Пример:
Δm=
(m H + m H) – (m He + m n)
1
1
1
2
3
4
2
0
Если Е > 0, то энергия выделяется
(экзотермическая);
Если Е < 0, то энергия поглощается
(эндотермическая).

Ядерные реакции на нейтронах
1934 г., Э.Ферми – облучали нейтронами
почти все элементы периодической системы.
Нейтроны, не имея заряда,
беспрепятственно проникают в атомные ядра
и вызывают их изменения.
Реакции на быстрых нейтронах.
Реакции на медленных нейтронах
(более эффективны, чем быстрые;
n замедляют в обычной воде)
Al + n → Na + He
27
13
1
0
24
11
4
2
1
0

В 1939 году немецкими
учеными О. Ганом и Ф. Штрассманом
было открыто деление ядер урана.
Фриц Штрассман
(1902-1980)
Отто Ган
(1879-1968)

Капельная модель деления
ядра урана
Правильное объяснение деления уран, захватившего нейтрон, было дано в начале 1939 г. английским физиком О. Фришем совместно с австрийским физиком Л. Мейтнер.

Деление ядер урана
Деление происходит
под действием кулоновских сил
Rb
94
235
91
142
α -излучение
γ-излучение

Цепная
ядерная реакция
Цепная реакция – реакция, в которой вызывающие ее нейтроны образуются как продукты этой же реакции

Для осуществления цепной реакции необходимо,
чтобы среднее количество освобожденных нейтронов
с течением времени не уменьшалось.
Отношение количества нейтронов
в каком-либо «поколении» к количеству нейтронов
в предыдущем «поколении» называют
коэффициентом размножения нейтронов k
Если k < 1, реакция быстро затухает,
Если k = 1, то реакция протекает с постоянной
интенсивностью (управляемая),
Если k >1, то реакция развивается лавинно
(неуправляемая) и приводит к ядерному взрыву

Чтобы уменьшить вылет нейтронов из куска урана увеличивают массу урана (масса растет быстрее, чем площадь поверхности, если форма – шар).
Минимальное значение массы урана, при которой возможна цепная реакция, называется критической массой.
В зависимости от устройства установки и типа горючего критическая масса изменяется от 250 г до сотен килограммов

Выделяющаяся при делении ядер урана энергия огромна. При делении каждого ядра выделяется 200 МэВ. А при полном делении всех ядер, содержащихся в 1 кг урана, выделяется такая же энергия, как и при сгорании 3000 т угля или 2500 т нефти. При этом эта энергия может выделиться мгновенно.
Огромная энергия выделяется
при делении ядер урана

Ядерный реактор

Ядерный реактор – установка, в которой осуществляется управляемая цепная реакция деления тяжелых ядер
Первый ядерный реактор: США, 1942 г., Э.Ферми,
деление ядер урана.
В России: 25 декабря 1946 г., И.В.Курчатов